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Fragestellung: Diabetes Mellitus Typ II ist eine der häufigsten chronischen Erkrankungen weltweit mit stetig steigender Prävalenz. Die Rate der jährlichen Neuerkrankungen übersteigt die Wachstumsrate der Weltbevölkerung. In der septischen Unfallchirurgie ist jeder fünfte Patient Diabetiker und ihre durchschnittliche Liegedauer im Schnitt um 2,1 Tage länger als vergleichbare Nichtdiabetiker. Die damit verbundenen Wund- und Knochenheilungsstörungen stellen das Gesundheitssystem vor medizinische und ökonomische Herausforderungen. Ziel dieser Arbeit war es ein in vitro Co-Kultur Modell aus Osteoblasten und -klasten zu etablieren, welches es erlaubt den Knochenstoffwechsel und mögliche Einflussfaktoren (z.B. Medikation) bei Diabetikern zu untersuchen.

Methodik: Für eine ständige Verfügbarkeit basiert das Modell auf humanen Zelllinien. Saos-2 Zellen (osteogene Zellen) wurden aufgrund ihrer Komptabilität mit THP-1 Zellen (monozytäre Zellen) und einer schnellen Differenzierung für das Modell ausgewählt. Unter normoglykämischen (NG) und hyperglykämischen (HG) Bedingungen ± Insulin (I) wurde die Co-Kultur über 7 Tage kultiviert und dabei die mitochondriale Aktivität (Resazurinumsatz), der Grad der Mineralisierung (Alizarin Rot & von Kossa Färbung) sowie die Aktivität der alkalischen Phosphatase (AP / Osteoblastenmarker) und der tatrat-resistenten sauren Phosphatase 5B (Trap5B / Osteoklastenmarker) bestimmt. Mittels Dot-Blot erfolgte zudem die Bestimmung der Marker M-CSF, RANKL, OC und OPG.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die Zugabe von Insulin (NG+I, HG+I) steigerte die mitochondriale Aktivität der Co-Kultur um 39% (NG+I) bzw. 9% (HG+I) im Vergleich zu den entsprechenden Kontrollen (NG-I, HG-I). Unter Kontrollbedingungen (NG-I) sank die AP-Aktivität der Osteoblasten um 28%, während Hyperglykämie oder Insulingabe keine Veränderungen zeigten. Die höchste Trap5B-Aktivität mit 0,28 µM pNP/h wurde unter Kontrollbedingungen (NG-I) gemessen, gefolgt von HG-I, NG+I und HG+I. Einhergehend konnten deutlich mehr osteoklastäre Zellen in Anwesenheit von Insulin detektiert werden. Dies hat zur Folge, dass die Matrixmineralisierung im Vergleich zur SaOS-2 Mono-Kultur (> 20-fach, p < 0,001) in der Co-Kultur deutlich geringer ausfällt. In An- und Abwesenheit von Insulin verdreifachte sich die mineralisierte Matrix über 7 Tage (Co-Kultur).

Somit kann unser Modell das Zusammenspiel zwischen Osteoblasten und -klasten simulieren, das einen Teil des physiologischen Knochenstoffwechsels von Diabetikern in vitro darstellt. Eine besondere Einflussnahme zeigte Insulin im Modell, im Vergleich zu Zucker. Dieses Co-Kultur Modell ermöglicht es Knochenstoffwechsel und -heilung bei Diabetikern und deren Einflussfaktoren besser zu verstehen. Somit können langfristig Therapiestrategien für Diabetiker in der Unfallchirurgie getestet werden.